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已经在地球上存活1.4亿年的蚂蚁 为什么不能够独立生存呢?

2022-06-20 09:26:25    出处:深圳商报

已经在地球上存活1.4亿年的蚂蚁,为什么不能独立生存?日,深圳华大生命科学研究院联合中国科学院昆明动物研究所、丹麦哥本哈根大学等,首次用单细胞测序技术构建了蚂蚁四种不同品级的大脑细胞图谱,试图探究蚁群为什么必须各司其职、抱团生存。

相关研究成果于2022年6月16日在权威学术期刊《自然·生态与演化》上发表。

蚂蚁不能单独生存

蚂蚁曾与恐龙共存,比人类的历史久远得多。据科学家统计,如果把全世界所有蚂蚁放在一起称重,总重量跟全球所有人类的总重量相当。

然而,与人类不同的是,蚂蚁不能单独生存,而必须作为蚁群的一分子。一个成熟的“蚂蚁帝国”中,至少存在4种不同形态的分工类型,分别为:工蚁、雄蚁、处女繁殖蚁和蚁后。

其中,工蚁一般卵巢完全退化,终身从事育幼、觅食等工作,没有繁殖能力;雄蚁活着只有一个目标,离开巢穴找到心仪的蚁后进行交配,此后生命很快就结束了;处女繁殖蚁成功交配后成为蚁后,长期待在巢内,专职产卵,寿命还会显著延长;而错过交配窗口期的处女繁殖蚁,其行为会逐渐偏向工蚁,从事部分育幼及觅食工作,卵巢也会逐渐萎缩。

此次研究团队选用了法老蚁作为研究对象,这也是社会昆虫研究的模式物种。此后,基于华大DNBelab C4单细胞建库测序台,团队分析了900多个来自4种不同品级的法老蚁的大脑,构建了覆盖法老蚁社会中全部成体形态的大脑细胞图谱,并将其划分出43种不同的细胞类群。

从大脑图谱看分工奥秘

法老蚁是一种橙黄色小型蚂蚁,其大脑只有一根头发丝截面的宽度。

研究团队发现,工蚁与雄蚁的大脑是极度特异化的。其中负责学记忆的高级大脑中枢——蘑菇体细胞和负责处理气味信息的细胞,在工蚁大脑里含量极高,而负责处理视觉信息的视叶细胞在工蚁大脑里的含量则很低。

雄蚁大脑的细胞组成趋势则相反,视叶细胞含量很高,而蘑菇体细胞和处理嗅觉信息的细胞含量则非常低。处女繁殖蚁和蚁后的大脑细胞组成则相对“正常”。

“这意味着工蚁是更倾向于嗅觉感知的动物,而雄蚁则更依赖视觉,这可能与其要依靠视力来寻找合适的交配对象有关。”论文的第一作者、深圳华大生命科学研究院李启业研究员表示,“蚁群内部伴随着不同的社会分工,出现了不同结构和细胞组成的大脑,这些就像是为了完成特定的工作而专门设计的一个个大脑。”

“而在整体层面,不同品级的蚂蚁大脑有不同方向和程度的特异化,彼此之间又功能互补,这使得蚁群成为一个真正意义上的‘超个体’,能够同时行使生殖、育幼、觅食、防御等全面的功能。”论文的共同通讯作者、中国科学院昆明动物研究所刘薇薇副研究员补充道。

据悉,自然界中具有社会行为的动物很多,但能称为“超个体”的动物并不多。比如狼,虽然属于社会型动物,每个个体时生活在狼群里,但是如果把它单独拉出来,它依旧是一匹全能的狼,能自己吃饭睡觉,跟异交配产生后代。(记者 袁斯茹)

关键词: 深圳华大生命科学研究院 中国科学院 丹麦哥本哈根大学 大脑细胞图谱

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